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GLS–WSIG–EBOC—RCA—Hilbert—Zeckendorf 统一中的量子动力学与几何反演

——母尺同一、纤维丛几何、窗化路径积分、测量闭合与可逆日志

Version: 1.10

MSC:81Q05;81Q20;81S40;35P25;35R30;53Z05;46N50;83C05;47A40;94A17 关键词:GLS(广义光结构);WSIG(窗化散射—信息几何);EBOC(静态块观察—计算);RCA(可逆元胞自动机);三位一体母尺;Wigner–Smith 群延迟;Birman–Kreĭn;Toeplitz/Berezin 压缩;Hardy/de Branges;Kramers–Kronig;Titchmarsh;IGVP;I-投影;Belavkin 过滤;Jarzynski(含互信息修正);Mellin 帧;Zeckendorf 范畴;NPE(Poisson—Euler–Maclaurin—尾项)


摘要

建立一个把量子动力学的完全几何化几何反演同时闭合的统一体制。母刻度同一式 把“相位导数—相对态密度—群延迟迹“焊接为单一观测刻度。在此基础上:

  1. 量子态被实现为射影希尔伯特空间上 主丛的截面,量子演化等价于联络下的平行输运,薛定谔方程由几何变分推出;几何相位是联络的 holonomy。
  2. Feynman 路径积分被重释为辛流形上的几何路径加权求和,其可测读数通过 Toeplitz/Berezin 压缩的窗化取迹实现,并与母尺同一式同刻度。
  3. EBOC 提供微观可逆的测量闭合:仪器/POVM 的 I-投影极小、Lüders 更新与 Belavkin 连续过滤在静态块—SBU 叠加上闭合;窗化 Birman–Kreĭn 使记录的相位—密度—延迟严格对齐。
  4. 以边界/透镜刚性与 eikonal 约束把 +到达前沿 反演保角类度量;以 Mellin 紧框架与 Zeckendorf 可逆日志把连续刻度整数化,实现无别名、可停机的数值管线。
  5. 全文以 NPE(Poisson—有限阶 Euler–Maclaurin—尾项)为统一误差纪律,遵循“奇性不增、极点=主尺度“。

0. 记号、约定与公理

0.1 记号

能量依赖散射矩阵 可微;Wigner–Smith 群延迟矩阵 ;总相位 ;相对态密度 。窗—核对记为 ,权函数

0.2 两张“刻度—误差“公理卡

A(刻度同一):在绝对连续谱上几乎处处

B(有限阶 NPE):任意窗化积分/和差按 分解,Poisson 处理别名,有限阶 Euler–Maclaurin 给端点校正与余项上界,尾项以窗衰减与母尺正则性控制;不引入母尺之外的新奇点(“奇性不增,极点=主尺度”)。

0.3 双时间分离(因果与操作)

前沿时间 定义因果偏序与“无信号“边界;操作化时间 为窗化群延迟读数,可能为负且与 不可比较。

0.4 窗化读数与 Toeplitz/Berezin 压缩

读数泛函 的 Toeplitz/Berezin 压缩实现, 为窗相关的正交投影, 为乘子。

0.5 EBOC 静态块对象与测量链

静态块对象 。公理:读数=因子译码;选择性更新=I-投影极小;非选择性更新=Lüders;连续监测=Belavkin 过滤;记录=可逆日志。


1. 范畴与互构: 与 EBOC/RCA 桥接

1.1 对象与态射

:对象 ;态射为保持 与窗化读数的 CPTP/幺正型映射;允许能量依赖幺正规范 ,并保持 :对象为满足区分性与全局双曲等条件的洛伦兹流形;态射保持因果偏序。 :对象为全局散射三元;态射为保持酉散射的嵌入/商。 :对象 局域可逆;态射为局域同构。

1.2 互构定理(陈述)

存在函子 在最大传播域上配自然变换 ,使得在能量依赖幺正规范等价类商下得到等价。证明建立在 Hardy 解析性—Kramers–Kronig、Titchmarsh 支撑定理与光观测集重构保角类上(详见附录 A)。

1.3 与 EBOC/RCA 的桥接

Floquet–散射化把 的一周期演化转为能量散射 ;局域守恒 的窗化可加性(附录 B)。RCA 的可逆更新在频域等效为相位型散射网络。


2. 母刻度同一式与 Hilbert—de Branges—BK 体系

2.1 MSI 的谱—相位—延迟统一(主定理 I)

在 trace-class 扰动与可微散射下,几乎处处 证明:Birman–Kreĭn:;Kreĭn–Friedel:;Wigner–Smith:。合并得 (附录 C)。

2.2 窗化 BK 与 Helffer–Sjöstrand

实现“谱—相位—延迟“的积分级桥接(附录 C.1–C.3)。

2.3 Hardy/Kramers–Kronig 与 de Branges 锚点

解析 因果核;Hilbert 变换把实/虚部互定;de Branges 空间核对角与 同步,作为函数论刻度锚点(附录 D)。


3. 量子动力学的完全几何化

3.1 量子态=纤维丛截面

纯态空间 为 Kähler 流形; 主丛 的联络一形式 ,曲率 等于 Fubini–Study 辛形式。

3.2 量子演化=平行输运

生成的 Hamilton 向量场 的流为射影演化;提升到主丛即联络 下的水平平行输运。闭合回路的 holonomy 给出几何相位;散射能量轴上的联络 的 holonomy 等于 ,导数与 同刻度。

3.3 薛定谔方程的几何变分(主定理 II)

作用 的一阶极值当且仅当 。等价地,在 上以辛势 变分,Euler–Lagrange 方程为 Hamilton 方程(附录 E)。


4. 路径积分的几何实现与窗化读数

4.1 辛路径积分

在辛流形 与哈密顿 上,传播子权为 的路径加权和;相干态表象与 Wiener 化给出严式构造(Euclid 化由 Feynman–Kac 处理)。

4.2 窗化可测性(主定理 III)

对任意窗族 ,有 其中 为传播子的能量符号(相干态/半经典符号)。当 或其卷积时, 同刻度(附录 F)。


5. EBOC 的测量闭合与 MSI 的操作化

5.1 I-投影—Lüders—Belavkin 一致

在选择性记录 下的后验态 当且仅当 为谱投影并与先验态(或所施加的约束族)可交换,或在 Naimark 扩张下采用 的 Lüders 仪器时, 与 Lüders 更新等价;一般 POVM 情形仅得到上述约束下的相对熵极小解。连续监测极限给出 Belavkin 过滤的扩散/计数型 QSDE;平均后回收 GKSL(附录 G)。

5.2 窗化 BK 与日志计量

窗化迹公式把 表成 的能量积分;配合 得 MSI。EBOC 的记录链以此为整数化计量(见 §7)。


6. 几何反演:由 到度量

6.1 高频几何先验

在高频窗下由 提取散射/透镜关系与行程时。

6.2 边界/透镜刚性与边界控制

在“simple/近 simple“流形与适度凸性下,边界距离、透镜/散射数据或动态 DN 映射决定度量至多保边界微分同胚/共形因子;由此给出构造性重建(附录 H)。

6.3 PDE 约束优化(两级管线)

目标 以伴随态法求梯度;第一级用行程/透镜刚性给 ,第二级全波形精化。


7. Zeckendorf 可逆日志:连续刻度的整数化

7.1 定义(有限窗日志)

定义两本账的整数化载荷 并令总载荷 写作 Zeckendorf 位权 其中 为 Fibonacci 数列(标准下标自 )。滑窗 的进/借位在两账内分别执行并保持局域可逆。

7.2 一致性与上界(主定理 IV)

对任意窗 从而 正则与适度衰减时,NPE 非整数近似 满足

7.3 拓扑—指标统一(Levinson/APS 视角)

定义 ;在短程单通道下 并呈近整数台阶,与日志位权一致。


8. 熵产生、时间箭头与停机判据

8.1 熵产生与涨落关系

路径熵产生 满足 ;含互信息修正的 Jarzynski:

8.2 停机判据(主定理 V)

令尺度 尾项熵通量 同化—反演—日志更新流程在容差内停机的充要条件为 证明:把 NPE 三分误差与信息增量密度配对,利用 Spohn 单调与可积性(附录 J)。


9. 数值纪律与窗—核优化

9.1 NPE 三分记账

由 Poisson 控制(带限与 Nyquist 下消失), 为端点校正与余项上界, 由带外衰减控制。

9.2 窗—核的 KKT 闭式解族

在带限、正性与正则化约束下,最优 满足耦合 Fredholm 方程;对对数高斯核存在谱分解下的闭式解,提升稳定性并减别名(附录 K)。


10. 用例(提要)

10.1 一维势台阶:在阈值附近 呈峰—谷结构;负群延迟不违因果,因为前沿由 限定。 10.2 两能级持续监测:Belavkin 扩散下构造鞅 验证 Jarzynski;窗化读数与 对齐。


11. 随机与开放系统扩展

在弱耦合并满足 KMS 对称(量子详细平衡)的前提下,设 GKSL 生成子 相对于某忠实静态态作用,定义有效群延迟 其中 表示相对于 Hilbert–Schmidt 内积 的超算子伴随,即对任意算子 。在上述 KMS/弱耦合前提下,其迹与对称化的 Liouvillian 光谱移导数等刻度;离开该前提一般不成立。随机通道极限下, 的归一化波动趋于高斯,窄窗尾分布呈自由稳定律(附录 L)。


附录 A: 互构与自然等价(证明)

A.1 因果—解析—前沿。 若频域响应 则时域核因果;Hilbert 变换给出 Kramers–Kronig 共轭;Titchmarsh 定理给“最早到达“的加性。由此定义可达偏序。 A.2 光观测集重构。 在区分性条件下,从光观测集重构传播域保角类,因果同构 保角同构。 A.3 自然等价。 规范等价下 与窗化读数不变,给出自然变换


附录 B:EBOC—Floquet—散射化与可加性(证明)

定义波算子 并设短程局域性与能量带限;将一周期演化分块成入射/出射通道的散射;局域守恒 的窗化可加;Poisson—EM 给误差上界。


附录 C:母刻度同一式(完全证明)

C.1 Birman–Kreĭn。 C.2 Kreĭn–Friedel。 C.3 Wigner–Smith。 。 合并即得


附录 D:Hardy—Kramers–Kronig—de Branges(证明)

D.1 因果与 Hilbert 共轭。 解析性等价于因果核;Hilbert 变换耦合实/虚部。 D.2 de Branges 锚点。 为相应的 Hermite–Biehler 函数,则再生核对角 给出相位导—密度的函数论刻度。


附录 E:薛定谔方程的几何变分(完整推导)

作用 变分得 ,对 变分得归一约束。选择 规范使 ,于是 ,得到 。在 上用辛势 的变分,可得 Hamilton 方程 ,与 Schrödinger 等价。


附录 F:路径积分的几何实现与窗化取迹(证明)

F.1 相干态—Wiener 化。 将传播子写作相空间路径的 Wiener 积分极限;给出对偶性与正则性条件。 F.2 窗化可测性。 传播算子 的相干态符号 与窗化乘子 的压缩取迹满足 从而与 同刻度。


附录 G:I-投影—Lüders—Belavkin 一致(证明)

G.1 I-投影极小。 在约束 下极小化 得到 ;可交换谱投影时等价于 Lüders。 G.2 连续监测。 Belavkin 过滤给出后验态 QSDE;平均回收 GKSL。 G.3 窗化 BK 对齐。 读数的谱—相位—延迟恒等式使记录链与 MSI 对齐。


附录 H:边界/透镜刚性与边界控制(证明梗概)

汇述“simple/近 simple“流形、无共轭点与凸性条件下的唯一与稳定定理;给出从行程/透镜数据到度量的构造步骤与稳定估计。


附录 I:Zeckendorf 整数化与 NPE 上界(证明)

I.1 Mellin–Poisson 展开 给出窗化积分的频域分解; I.2 Euler–Maclaurin 有限阶 给端点/余项显式上界; I.3 非整数近似与唯一性 构造位权 给出 Zeckendorf 唯一表示;对非整数近似 ,而整数化量满足 (记号同 §7.1),从而 I.4 滑窗可逆 验证进/借位更新的局域可逆性与守恒。


附录 J:停机判据(证明)

定义尾项熵通量 ,证明 为同化—反演—日志更新流程在容差内停机的充要条件;上界常数由 NPE 阶数、窗正则与母尺衰减控制。


附录 K:窗—核优化的 KKT 系统

给出 的拉格朗日与 KKT 条件;在对数高斯核与对称带上导出闭式解族及谱分解实现,分析稳定性与别名抑制。


附录 L:随机与开放系统的有效群延迟

在 Liouvillian 响应 下定义 证明在弱耦合与详细平衡下其迹与 Liouvillian 光谱移导数等刻度;随机通道极限下给出中心极限定理与尾分布的自由稳定律。


参考文献(提纲式条目)

散射相位—群延迟—谱移:Wigner、Smith;Birman–Kreĭn 与 Kreĭn–Friedel。 Hardy—Kramers–Kronig—Titchmarsh;de Branges 与函数空间算子;Helffer–Sjöstrand 与 Kreĭn 迹公式。 几何量子力学:Kibble;Ashtekar–Schilling;Simon(几何相位);Aharonov–Anandan;Wilczek–Zee。 路径积分严式化:Daubechies–Klauder;Feynman–Kac 于流形。 测量统一:Davies–Lewis;I-投影;Belavkin 过滤;Spohn 单调与 Jarzynski(含互信息)。 几何反演:Stefanov–Uhlmann(边界/透镜刚性);Belishev(边界控制)。 Mellin—RCA—Zeckendorf;NPE 与 Euler–Maclaurin/Poisson 的误差学。


正文完